Análise dos dados sísmicos marcianos registados pela missão InSight revelou novas informações sobre o tamanho e a composição do núcleo de Marte, resolvendo um mistério que os investigadores não conseguiam explicar.
O núcleo de ferro líquido de Marte é mais pequeno e mais denso do que se pensava. Não só é mais pequeno, como também está rodeado por uma camada de rocha fundida. É o que concluem os investigadores da ETH Zurique, com base em dados sísmicos do módulo InSight.
Durante quatro anos, o “lander” InSight da NASA registou sismos em Marte com o seu sismómetro. Os investigadores da ETH Zurique recolheram e analisaram os dados transmitidos para a Terra para determinar a estrutura interna do planeta.
“Embora a missão tenha terminado em dezembro de 2022, descobrimos agora algo muito interessante“, diz Amir Khan, cientista sénior do Departamento de Ciências da Terra da ETH Zurique.
Uma análise dos sismos registados, combinada com simulações em computador, traça uma nova imagem do interior do planeta. Entre o núcleo de ferro líquido de Marte e o seu manto sólido de silicato encontra-se uma camada de silicato líquido (magma) com cerca de 150 quilómetros de espessura. “A Terra não tem uma camada de silicato completamente fundida como esta”, diz Khan.
Esta descoberta, agora publicada na revista científica Nature, juntamente com um estudo liderado por Henri Samuel, do Instituto de Física do Globo de Paris, França, que chega a uma conclusão semelhante usando métodos complementares, também fornece novas informações sobre o tamanho e a composição do núcleo de Marte, resolvendo um mistério que os investigadores não conseguiram explicar até agora.
Uma análise dos sismos inicialmente observados mostrou que a densidade média do núcleo marciano tinha de ser significativamente mais baixa do que a do ferro líquido puro.
O núcleo da Terra, por exemplo, é constituído por cerca de 90% de ferro. Elementos leves como o enxofre, o carbono, o oxigénio e o hidrogénio perfazem um total combinado de cerca de 10%. As estimativas iniciais da densidade do núcleo marciano mostraram que este é composto por uma percentagem muito maior de elementos leves – cerca de 20%.
“Isto representa um complemento muito grande de elementos leves, quase impossível. Desde então, temos vindo a questionar este resultado”, afirma Dongyang Huang, investigador pós-doutorado no Departamento de Ciências da Terra da ETH Zurique.
Núcleo deve ter sido formado muito cedo
As novas observações mostram que o raio do núcleo marciano diminuiu do intervalo inicialmente determinado de 1800-1850 quilómetros para algures entre 1650-1700 quilómetros, o que corresponde a cerca de 50% do raio de Marte. Se o núcleo marciano é mais pequeno do que se pensava, mas tem a mesma massa, a sua densidade é maior e, por isso, contém menos elementos leves.
De acordo com os novos cálculos, a proporção de elementos leves desceu para 9 a 14%. “Isto significa que a densidade média do núcleo marciano ainda é um pouco baixa, mas já não é inexplicável no contexto de cenários típicos de formação de planetas”, diz Paolo Sossi, professor assistente no Departamento de Ciências da Terra da ETH Zurique e membro do NCCRs (National Centres of Competence in Research) PlanetS.
O facto de o núcleo marciano conter uma quantidade significativa de elementos leves indica que deve ter sido formado muito cedo, possivelmente quando o Sol ainda estava rodeado pelo gás da nebulosa solar, a partir do qual os elementos leves se poderiam ter acumulado no núcleo marciano.
Os cálculos iniciais baseavam-se em sismos que tinham ocorrido nas proximidades do módulo de aterragem InSight. No entanto, em agosto e setembro de 2021, o sismómetro registou dois tremores no lado oposto de Marte.
Um deles foi causado pelo impacto de um meteorito. “Estes tremores produziram ondas sísmicas que atravessaram o núcleo”, explica Cecilia Duran, estudante de doutoramento no Departamento de Ciências da Terra da ETH Zurique. “Isto permitiu-nos iluminar o núcleo”.
No caso dos sismos anteriores, em contraste, as ondas eram refletidas na fronteira entre o núcleo e o manto, não fornecendo qualquer informação sobre o interior mais profundo do Planeta Vermelho. Como resultado destas novas observações, os investigadores conseguiram agora determinar a densidade e a velocidade das ondas sísmicas do núcleo líquido até uma profundidade de cerca de 1000 quilómetros.
Simulações em supercomputador
Para inferir a composição do material a partir destes perfis, os investigadores comparam normalmente os dados com os de ligas sintéticas de ferro contendo diferentes proporções de elementos leves (S, C, O e H). No laboratório, estas ligas são expostas a altas temperaturas e pressões equivalentes às encontradas no interior de Marte, permitindo aos investigadores medir diretamente a densidade e a velocidade das ondas sísmicas.
De momento, no entanto, a maioria das experiências são realizadas em condições prevalentes no interior da Terra e, por isso, não são imediatamente aplicáveis a Marte. Consequentemente, os investigadores da ETH Zurique recorreram a um método diferente. Calcularam as propriedades de uma grande variedade de ligas através de cálculos quântico-mecânicos, efetuados no CSCS (Centro Svizzero di Calcolo Scientifico) em Lugano, na Suíça.
Quando os investigadores compararam os perfis calculados com as suas medições baseadas nos dados sísmicos do InSight, depararam-se com um problema.
Verificou-se que nenhuma liga de ferro e elementos leves correspondia simultaneamente aos dados, tanto no topo como no centro do núcleo marciano. No limite entre o núcleo e o manto, por exemplo, a liga de ferro teria de conter muito mais carbono do que no interior do núcleo.
“Demorámos algum tempo a perceber que a região que tínhamos anteriormente considerado como o núcleo de ferro líquido exterior não era afinal o núcleo, mas a parte mais profunda do manto”, explica Huang.
Apoiando a conclusão, os investigadores descobriram também que a densidade e a velocidade das ondas sísmicas medidas e calculadas nos 150 quilómetros mais exteriores do núcleo eram consistentes com as dos silicatos líquidos — o mesmo material, em forma sólida, de que é composto o manto marciano.
Novas análises de sismos anteriores e simulações computacionais adicionais confirmaram este resultado. Só é de lamentar que os painéis solares empoeirados e a consequente falta de energia tenham impossibilitado o módulo de aterragem InSight de fornecer dados adicionais que poderiam ter lançado mais luz sobre a composição e sobre a estrutura do interior de Marte.
“No entanto, o InSight foi uma missão muito bem-sucedida, que nos forneceu muitos dados novos e conhecimentos que serão analisados nos próximos anos”, afirma Khan.
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